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CACAO

Missions et Activités

L’objectif de cette plateforme est de développer, fabriquer et caractériser des couches minces radioactives. 

Elle a été développée principalement pour les besoins de la communauté des données relatives au cycle électronucléaire. Les premières études concernent donc les actinides. Cependant, de nombreux autres besoins sont apparus, notamment pour les études des éléments super-lourds, pour l’astrophysique ou plus largement pour les études de structure nucléaire.

Un bâtiment dédié à CACAO a été inauguré en juillet 2013. Les demandes d’autorisations de fournisseur sont en cours d’instruction auprès de l’Autorité de Sûreté Nucléaire (ASN). 

Le physicien remplit le formulaire de demande de cibles et l’envoie à : CACAO@ipno.in2p3.fr.

Une étude préalable est réalisée par l’équipe CACAO et transmise au SPR (Service de Prévention et de Radioprotection) qui valide le protocole expérimental.

Justification scientifique de CACAO - 183.8 ko

COMpétences et équipements

Fabrication par électrodéposition

Cette technique consiste à déposer le radio-élément sur un support conducteur. Il s’agit de dissoudre le radio-élément et d’obtenir une solution conductrice dans laquelle on place 2 électrodes. Le support conducteur est la cathode. Le réglage tension/courant conduit au dépôt du radio-élément sur la cathode.

Actuellement, les épaisseurs réalisées sont comprises entre 4 et 400 µg/cm2 sur un diamètre maximum de 80mm.

L’avantage de cette technique est d’avoir un bon rendement théorique (>90%) et de pouvoir s’adapter à toutes les géométries de support conducteur. Il suffit d’adapter la cellule qui servira pour l’électro-déposition en fonction de la forme de cible demandée.

Par contre, une bonne connaissance de la chimie du radio-élément est essentielle d’où une forte interaction avec les radio chimistes de l’IPNO.

L’inconvénient de cette technique est de ne pas pouvoir obtenir une cible métallique. Elle contient obligatoirement de l’oxygène, élément rédhibitoire pour certaines expériences de physique (voir R&D plus bas).

Le déroulement d’un mise au point est la suivante :

R&D sur stable ou analogue faiblement radioactif

  • mise en solution
  • étude de la sous-couche
  • électro-déposition
  • caractérisation

Fabrication de la couche radioactive

  • séparation chimique si nécessaire
  • électro-déposition selon le protocole mis au point avec un analogue stable ou faiblement radioactf
  • caractérisation

Caractérisation

Cette étape permet de valider la qualité des dépôts réalisés par une mesure précise de la quantité et de l’homogénéité des dépôts, et de leur composition chimique et isotopique .

Au laboratoire​

  • spectro alpha
  • auto-radiographe
  • scintillation alpha
  • Diffraction de rayons X : DRX
  • Microscope à force atomique : AFM
  • Micro-pesée
  • Mesure d’épaisseur par alpha

A l’extérieur (sous-couches stables, analogues stables, UO2)

  • SEM, EDX à l’ICMMO ou au CSNSM
  • XPS à l’ICMMO
  • Analyse par faisceaux d’ions (RBS, PIXE, NRA) ...au CSNSM

Il n’existe pas d’installation française facilement accessible susceptible de caractériser des couches de grandes dimensions composées d’un radio-élément.

DÉVELOPPEMENT (R&D) 

  • pour la fabrication

L’activité CACAO travaille en étroite collaboration avec les radio-chimistes.Ces derniers réalisent une R&D sur les liquides ioniques dans le cadre de leurs recherches qu’ils mènent sur la séparation/transmutation des actinides. Cette technique permettra également de réaliser des couches minces d’actinides sans oxygène.

  • pour la caractérisation

Le projet ACTIV permettra de caractériser de couches minces radio-actives en zone surveillée.

Il s’agit d’une chambre multi-analyses sécurisée couplée avec un accélérateur.

Cette chambre, appelée C2ascera (Chambre Cacao d’Analyse de Surface de Couches Radioactives), permettra d’accueillir des cibles de grand diamètre et d’intégrer des moyens d’analyses par faisceau d’ions RBS, NRA, PIXE et par SEM/EDX.

Les 2 enjeux principaux sont les suivants : assurer la non contamination de la ligne fournissant le faisceau d’ions (ARAMIS au CSNSM) et garantir le confinement de la matière et la décontamination de la chambre et des matériels embarqués.

Les réseaux et programmes européens

  • INTDS : International Nuclear Target Development Society

Ce réseau regroupe la communauté des cibles (fabrication et caractérisation) tous les 2 ans.

  • CHANDA : new CHAllenges in Nuclear DAta 

L’objectif principal du projet CHANDA est de réorganiser la communauté européenne qui travaille sur les données nucléaires. L’IPNO est responsable du WP "Cibles", dédié à la mise en place d’un réseau européen de fourniture de radio-éléments et à la fabrication/caractérisation de cibles.




 

IPN

Institut de Physique Nucléaire Orsay - 15 rue Georges CLEMENCEAU - 91406 ORSAY (FRANCE)
UMR 8608 - CNRS/IN2P3

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